MongoDB 教程(一):了解 NoSQL
概述:
MongoDB 是一个基于分布式文件存储的数据库。由 C++ 语言编写。旨在为 WEB 应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。
MongoDB 是一个介于关系数据库和非关系数据库之间的产品,是非关系数据库当中功能最丰富,最像关系数据库的。
关系型数据库遵循ACID规则
事务在英文中是transaction,和现实世界中的交易很类似,它有如下四个特性:
1、A (Atomicity) 原子性
原子性很容易理解,也就是说事务里的所有操作要么全部做完,要么都不做,事务成功的条件是事务里的所有操作都成功,只要有一个操作失败,整个事务就失败,需要回滚。
比如银行转账,从A账户转100元至B账户,分为两个步骤:1)从A账户取100元;2)存入100元至B账户。这两步要么一起完成,要么一起不完成,如果只完成第一步,第二步失败,钱会莫名其妙少了100元。
2、C (Consistency) 一致性
一致性也比较容易理解,也就是说数据库要一直处于一致的状态,事务的运行不会改变数据库原本的一致性约束。
例如现有完整性约束a+b=10,如果一个事务改变了a,那么必须得改变b,使得事务结束后依然满足a+b=10,否则事务失败。
3、I (Isolation) 独立性
所谓的独立性是指并发的事务之间不会互相影响,如果一个事务要访问的数据正在被另外一个事务修改,只要另外一个事务未提交,它所访问的数据就不受未提交事务的影响。
比如现在有个交易是从A账户转100元至B账户,在这个交易还未完成的情况下,如果此时B查询自己的账户,是看不到新增加的100元的。
4、D (Durability) 持久性
持久性是指一旦事务提交后,它所做的修改将会永久的保存在数据库上,即使出现宕机也不会丢失。
分布式系统
分布式系统(distributed system)由多台计算机和通信的软件组件通过计算机网络连接(本地网络或广域网)组成。
分布式系统是建立在网络之上的软件系统。正是因为软件的特性,所以分布式系统具有高度的内聚性和透明性。
因此,网络和分布式系统之间的区别更多的在于高层软件(特别是操作系统),而不是硬件。
分布式系统可以应用在不同的平台上如:Pc、工作站、局域网和广域网上等。
分布式系统
什么是NoSQL?
NoSQL,指的是非关系型的数据库。NoSQL有时也称作Not Only SQL的缩写,是对不同于传统的关系型数据库的数据库管理系统的统称。
NoSQL用于超大规模数据的存储。(例如谷歌或Facebook每天为他们的用户收集万亿比特的数据)。
这些类型的数据存储不需要固定的模式,无需多余操作就可以横向扩展。
对NoSQL最普遍的解释是"非关联型的",强调Key-Value Stores和文档数据库的优点,而不是单纯的反对RDBMS。
RDBMS vs NoSQL
RDBMS
- 高度组织化结构化数据
- 结构化查询语言(SQL)
- 数据和关系都存储在单独的表中。
- 数据操纵语言,数据定义语言
- 严格的一致性
- 基础事务
NoSQL
- 代表着不仅仅是SQL
- 没有声明性查询语言
- 没有预定义的模式
- 键-值对存储,列存储,文档存储,图形数据库
- 最终一致性,而非ACID属性
- 非结构化和不可预知的数据
- CAP定理
- 高性能,高可用性和可伸缩性
CAP定理
在计算机科学中, CAP定理指出 —— 对于一个分布式计算系统来说,不可能同时满足以下三点:
- 一致性(Consistency) (所有节点在同一时间具有相同的数据)
- 可用性(Availability) (保证每个请求不管成功或者失败都有响应)
- 分隔容忍(Partition tolerance) (系统中任意信息的丢失或失败不会影响系统的继续运作)
CAP理论的核心是:一个分布式系统不可能同时很好的满足一致性,可用性和分区容错性这三个需求,最多只能同时较好的满足两个。
因此,根据 CAP 原理将 NoSQL 数据库分成了满足 CA 原则、满足 CP 原则和满足 AP 原则三 大类:
- CA - 单点集群,满足一致性,可用性的系统,通常在可扩展性上不太强大。
- CP - 满足一致性,分区容忍性的系统,通常性能不是特别高。
- AP - 满足可用性,分区容忍性的系统,通常可能对一致性要求低一些。
NoSQL的优点/缺点
优点:
- - 高可扩展性
- - 分布式计算
- - 低成本
- - 架构的灵活性,半结构化数据
- - 没有复杂的关系
缺点:
- - 没有标准化
- - 有限的查询功能(到目前为止)
- - 最终一致是不直观的程序
BASE
BASE:Basically Available, Soft-state, Eventually Consistent。 由 Eric Brewer 定义。
BASE是NoSQL数据库通常对可用性及一致性的弱要求原则:
- Basically Availble --基本可用
- Soft-state --软状态/柔性事务。 "Soft state" 可以理解为"无连接"的, 而 "Hard state" 是"面向连接"的
- Eventual Consistency -- 最终一致性, 也是 ACID 的最终目的。
ACID vs BASE
ACID | BASE |
---|---|
原子性(Atomicity) | 基本可用(Basically Available) |
一致性(Consistency) | 软状态/柔性事务(Soft state) |
隔离性(Isolation) |
最终一致性 (Eventual consistency) |
持久性 (Durable) |
NoSQL 数据库分类
类型 |
部分代表 |
特点 |
列存储 |
Hbase Cassandra Hypertable |
顾名思义,是按列存储数据的。最大的特点是方便存储结构化和半结构化数据,方便做数据压缩,对针对某一列或者某几列的查询有非常大的IO优势。 |
文档存储 |
MongoDB CouchDB |
文档存储一般用类似json的格式存储,存储的内容是文档型的。这样也就有有机会对某些字段建立索引,实现关系数据库的某些功能。 |
key-value存储 |
Tokyo Cabinet / Tyrant Berkeley DB MemcacheDB Redis |
可以通过key快速查询到其value。一般来说,存储不管value的格式,照单全收。(Redis包含了其他功能) |
图存储 |
Neo4J FlockDB |
图形关系的最佳存储。使用传统关系数据库来解决的话性能低下,而且设计使用不方便。 |
对象存储 |
db4o Versant |
通过类似面向对象语言的语法操作数据库,通过对象的方式存取数据。 |
xml数据库 |
Berkeley DB XML BaseX |
高效的存储XML数据,并支持XML的内部查询语法,比如XQuery,Xpath。 |
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